[發明專利]用于燃氣渦輪入口冷卻和濕壓縮的超聲水霧化系統有效

申請號：	201210350726.9	申請日：	2012-09-20
公開（公告）號：	CN103016155B	公開（公告）日：	2017-03-01
發明（設計）人：	章建民;B.基佩爾;J.托邁;M.約翰遜	申請（專利權）人：	通用電氣公司
主分類號：	F02C7/143	分類號：	F02C7/143
代理公司：	中國專利代理(香港)有限公司72001	代理人：	肖日松,楊炯
地址：	美國***	國省代碼：	暫無信息
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摘要：
搜索關鍵詞：	用于燃氣渦輪入口冷卻壓縮超聲水霧系統
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【說明書】：

技術領域

本申請和所得專利大體上涉及燃氣渦輪發動機，并且更特定而言涉及一種超聲水霧化系統，該超聲水霧化系統用于圍繞燃氣渦輪入口進行蒸發冷卻以實現功率增大以及用于濕壓縮而使壓縮機葉片的侵蝕最小化。

背景技術

已知用于增加燃氣渦輪發動機所能夠產生的功率量的各種策略。一種增加燃氣渦輪發動機的功率輸出的方法是通過在壓縮機中壓縮進入空氣之前冷卻它。這種入口冷卻導致空氣具有更高的密度，從而形成進入壓縮機中的更高質量流率。壓縮機中的空氣的更高質量流率允許更多的空氣被壓縮，從而允許燃氣渦輪發動機產生更多功率。

一種類型的冷卻系統包括潛在冷卻或蒸發冷卻。這種系統使用處于環境溫度的水通過由于水蒸發而降低空氣溫度來冷卻空氣。這種系統的一個示例是基于介質的蒸發冷卻器，其通過使水在板上或在腔室內的蜂窩狀介質上行進且然后抽吸空氣穿過腔室以使水蒸發而運行。蒸發冷卻系統的另一個示例利用高壓噴嘴噴射系統將水噴入空氣中用于蒸發。蒸發冷卻可將進入空氣冷卻到接近其濕球溫度。蒸發冷卻可為冷卻進入空氣的一種高效方法，因為與其它類型的入口冷卻系統(例如線圈冷卻系統等)相比，僅需要極少量的寄生功率來運行蒸發冷卻系統。

另一種功率增大方法是濕壓縮的使用。濕壓縮通常包括將水滴噴射到壓縮機的入口中。當氣體和水的混合物被壓縮時，氣體的溫度增加并且提供用于蒸發的驅動勢。水的蒸發冷卻氣體，并因此通過減少壓縮所需的功而增加可用功率。

關于公知的蒸發冷卻系統的問題可包括與介質型蒸發冷卻器有關的流動阻力。由介質型蒸發冷卻器導致的到燃氣渦輪入口空氣流的典型壓降可處于約0.25到約0.75英寸(約0.635到約1.9厘米)水柱的范圍內。關于蒸發冷卻和濕壓縮的其它問題包括在水噴射蒸發冷卻系統中發現的高的噴嘴磨損率，即，由通過噴射噴嘴的高速射流導致的高的噴嘴磨損率。另一個問題是需要昂貴的高壓供水系統以供應高壓蒸發冷卻以及濕壓縮噴射系統。此外，還存在來自蒸發冷卻系統或濕壓縮系統的未蒸發的大水滴進入壓縮機并對壓縮機葉片造成侵蝕或其它損壞的風險。

因此，存在著對于改進的燃氣渦輪入口蒸發冷卻系統以及濕壓縮系統的需要。這樣的系統可減少跨過其的壓降，消除或避免噴嘴磨損，利用標準的低壓供水系統，并且防止由未蒸發的大水滴對壓縮機葉片的下游損壞。此外，這樣的系統應當整體上提供功率增大而在燃氣渦輪發動機上沒有顯著的寄生功率損失。與在僅僅使用介質型蒸發冷卻的燃氣渦輪中發現的那些相比，功率增大的收益較少受相對濕度高的環境條件限制。

發明內容

本申請和所得專利因此提供了一種用于冷卻燃氣渦輪發動機中的空氣流的進入空氣冷卻系統。該進入空氣冷卻系統可包括：入口過濾室；過渡件；入口導管；以及入口超聲水霧化系統，該入口超聲水霧化系統定位在入口過濾室、過渡件或入口導管周圍，以冷卻空氣流。

本申請和所得專利還提供了一種冷卻用于燃氣渦輪發動機的壓縮機的進入空氣流的方法。該方法可包括下列步驟：使一定體積的水在壓縮機的上游霧化；形成細水霧；將細水霧混合到進入空氣流中；利用細水霧冷卻空氣流；以及，使細水霧在到達壓縮機之前基本蒸發。

本申請和所得專利還提供了一種用于減少燃氣渦輪發動機的壓縮機所需的功的濕壓縮系統。該濕壓縮系統可包括：入口過濾室；入口超聲水霧化系統，其定位在入口過濾室周圍；以及下游超聲水霧化系統，其定位在壓縮機周圍。

對本領域普通技術人員而言，當結合若干附圖和所附權利要求來回顧下面的詳細描述時，本申請和所得專利的這些及其它的特征和改進將變得顯而易見。

附圖說明

圖1是可如本文中所述的帶有進入空氣冷卻系統的燃氣渦輪發動機的示意圖。

圖2是可如本文中所述的超聲水霧化系統的分解透視圖。

圖3A是圖2的超聲水霧化系統的側視平面圖。

圖3B是帶有備選蓋的超聲水霧化系統的側視平面圖。

圖4是帶有超聲水霧化系統的圖1的進入空氣冷卻系統的入口過濾室的側視平面圖。

圖5是帶有超聲水霧化系統的圖1的進入空氣冷卻系統的入口過濾室的正視平面圖。